🥇जीआईएफ में स्टेग्नोग्राफ़ी

परिचय

नमस्ते।
बहुत पहले नहीं, जब मैं विश्वविद्यालय में पढ़ रहा था, तो "सूचना सुरक्षा के सॉफ़्टवेयर तरीके" विषय पर एक कोर्सवर्क था। असाइनमेंट के लिए हमें एक प्रोग्राम बनाना था जो GIF फ़ाइलों में एक संदेश एम्बेड करता हो। मैंने इसे जावा में करने का निर्णय लिया।

इस लेख में मैं कुछ सैद्धांतिक बिंदुओं का वर्णन करूंगा, साथ ही यह भी बताऊंगा कि यह छोटा कार्यक्रम कैसे बनाया गया।

सैद्धांतिक भाग

GIF प्रारूप

जीआईएफ (ग्राफिक्स इंटरचेंज फॉर्मेट - छवियों के आदान-प्रदान के लिए एक प्रारूप) ग्राफिक छवियों को संग्रहीत करने के लिए एक प्रारूप है, जो 256 रंगों तक के प्रारूप में गुणवत्ता के नुकसान के बिना संपीड़ित डेटा संग्रहीत करने में सक्षम है। यह प्रारूप 1987 में (GIF87a) CompuServe द्वारा नेटवर्क पर रेखापुंज छवियों को प्रसारित करने के लिए विकसित किया गया था। 1989 में, प्रारूप को संशोधित किया गया (GIF89a), पारदर्शिता और एनीमेशन के लिए समर्थन जोड़ा गया।

GIF फ़ाइलों में एक ब्लॉक संरचना होती है। इन ब्लॉकों की हमेशा एक निश्चित लंबाई होती है (या यह कुछ झंडों पर निर्भर करती है), इसलिए प्रत्येक ब्लॉक कहां स्थित है, इसके बारे में गलती करना लगभग असंभव है। GIF89a प्रारूप में सबसे सरल गैर-एनिमेटेड GIF छवि की संरचना:

संरचना के सभी ब्लॉकों में से, इस मामले में हमें वैश्विक पैलेट ब्लॉक और पैलेट के लिए जिम्मेदार मापदंडों में दिलचस्पी होगी:

CT - एक वैश्विक पैलेट की उपस्थिति। यदि यह ध्वज सेट है, तो वैश्विक पैलेट को तार्किक स्क्रीन हैंडल के तुरंत बाद शुरू होना चाहिए।
Size - चित्र में पैलेट का आकार और रंगों की संख्या। इस पैरामीटर के लिए मान:

आकार
रंगों की संख्या
पैलेट आकार, बाइट्स

7
256
768

6
128
384

5
64
192

4
32
96

3
16
48

2
8
24

1
4
12

0
2
6

एन्क्रिप्शन विधियाँ

छवि फ़ाइलों में संदेशों को एन्क्रिप्ट करने के लिए निम्नलिखित विधियों का उपयोग किया जाएगा:

एलएसबी (न्यूनतम महत्वपूर्ण बिट) विधि
पैलेट जोड़ने की विधि

एलएसबी विधि - स्टेग्नोग्राफ़ी की एक सामान्य विधि. इसमें कंटेनर में अंतिम महत्वपूर्ण बिट्स (हमारे मामले में, वैश्विक पैलेट बाइट्स) को छिपे हुए संदेश के बिट्स के साथ बदलना शामिल है।

प्रोग्राम इस पद्धति के भाग के रूप में वैश्विक पैलेट बाइट्स में अंतिम दो बिट्स का उपयोग करेगा। इसका मतलब यह है कि 24-बिट छवि के लिए, जहां रंग पैलेट लाल, नीले और हरे रंग के लिए तीन बाइट्स है, इसमें एक संदेश एम्बेड करने के बाद, प्रत्येक रंग घटक अधिकतम 3/255 ग्रेडेशन से बदल जाएगा। ऐसा परिवर्तन, सबसे पहले, मानव आंखों के लिए अदृश्य या नोटिस करना मुश्किल होगा, और दूसरी बात, यह निम्न-गुणवत्ता वाले सूचना आउटपुट उपकरणों पर दिखाई नहीं देगा।

जानकारी की मात्रा सीधे छवि पैलेट के आकार पर निर्भर करेगी। चूंकि पैलेट का अधिकतम आकार 256 रंग है, और यदि प्रत्येक रंग के घटक में दो संदेश बिट्स लिखे गए हैं, तो अधिकतम संदेश लंबाई (छवि में अधिकतम पैलेट के साथ) 192 बाइट्स है। एक बार जब संदेश छवि में एम्बेड हो जाता है, तो फ़ाइल का आकार नहीं बदलता है।

पैलेट विस्तार विधि, जो केवल GIF संरचना के लिए काम करता है। यह छोटे पैलेट वाली छवियों पर सबसे प्रभावी होगा। इसका सार यह है कि यह पैलेट के आकार को बढ़ाता है, जिससे रंगीन बाइट्स के स्थान पर आवश्यक बाइट्स लिखने के लिए अतिरिक्त स्थान मिलता है। यदि हम मानते हैं कि पैलेट का न्यूनतम आकार 2 रंग (6 बाइट्स) है, तो एम्बेडेड संदेश का अधिकतम आकार 256 × 3–6 = 762 बाइट्स हो सकता है। नुकसान कम क्रिप्टोग्राफ़िक सुरक्षा है; यदि संदेश को अतिरिक्त एन्क्रिप्शन के अधीन नहीं किया गया है तो एम्बेडेड संदेश को किसी भी टेक्स्ट एडिटर का उपयोग करके पढ़ा जा सकता है।

व्यावहारिक हिस्सा

प्रोग्राम डिज़ाइन

एन्क्रिप्शन और डिक्रिप्शन एल्गोरिदम को लागू करने के लिए सभी आवश्यक उपकरण पैकेज में शामिल किए जाएंगे com.tsarik.steganography. इस पैकेज में इंटरफ़ेस शामिल है Encryptor तरीकों के साथ encrypt и decrypt, कक्षा Binary, जो बिट सरणियों, साथ ही अपवाद वर्गों के साथ काम करने की क्षमता प्रदान करता है UnableToEncryptException и UnableToDecryptException, जिसका उपयोग इंटरफ़ेस विधियों में किया जाना चाहिए Encryptor क्रमशः एन्कोडिंग और डिकोडिंग त्रुटियों के मामले में।

मुख्य कार्यक्रम पैकेज com.tsarik.programs.gifed इसमें स्थैतिक विधि के साथ चलने योग्य प्रोग्राम क्लास शामिल होगी main, आपको प्रोग्राम चलाने की अनुमति देता है; एक वर्ग जो प्रोग्राम मापदंडों को संग्रहीत करता है; और अन्य वर्गों के साथ पैकेज।

एल्गोरिदम का कार्यान्वयन स्वयं पैकेज में प्रस्तुत किया जाएगा com.tsarik.programs.gifed.gif कक्षाओं GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod. ये दोनों वर्ग इंटरफ़ेस को लागू करेंगे Encryptor.

जीआईएफ प्रारूप की संरचना के आधार पर, आप छवि पैलेट में एक संदेश पेश करने के लिए एक सामान्य एल्गोरिदम बना सकते हैं:

किसी छवि में संदेश की उपस्थिति निर्धारित करने के लिए, संदेश की शुरुआत में बिट्स का एक निश्चित अनुक्रम जोड़ना आवश्यक है, जिसे डिकोडर पहले पढ़ता है और शुद्धता की जांच करता है। यदि यह मेल नहीं खाता है, तो यह माना जाता है कि छवि में कोई छिपा हुआ संदेश नहीं है। इसके बाद आपको संदेश की लंबाई निर्दिष्ट करनी होगी। फिर संदेश का पाठ ही।

संपूर्ण एप्लिकेशन का वर्ग आरेख:

कार्यक्रम का कार्यान्वयन

पूरे कार्यक्रम के कार्यान्वयन को दो घटकों में विभाजित किया जा सकता है: इंटरफ़ेस एन्क्रिप्शन और डिक्रिप्शन विधियों का कार्यान्वयन Encryptor, कक्षाओं में GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod, और यूजर इंटरफ़ेस का कार्यान्वयन।

कक्षा पर विचार करें GIFEncryptorByLSBMethod.

फील्ड्स firstLSBit и secondLSBit इसमें छवि के प्रत्येक बाइट के बिट्स की संख्या होती है जिसमें संदेश दर्ज किया जाना चाहिए और जहां से संदेश पढ़ा जाना चाहिए। मैदान checkSequence एम्बेडेड संदेश की पहचान सुनिश्चित करने के लिए एक चेक बिट अनुक्रम संग्रहीत करता है। स्थैतिक विधि getEncryptingFileParameters निर्दिष्ट फ़ाइल के पैरामीटर और संभावित संदेश की विशेषताएँ लौटाता है।

विधि एल्गोरिथ्म encrypt वर्ग GIFEncryptorByLSBMethod:

और उसका कोड:

@Override
public void encrypt(File in, File out, String text) throws UnableToEncodeException, NullPointerException, IOException {
	if (in == null) {
		throw new NullPointerException("Input file is null");
	}
	if (out == null) {
		throw new NullPointerException("Output file is null");
	}
	if (text == null) {
		throw new NullPointerException("Text is null");
	}
	
	// read bytes from input file
	byte[] bytes = new byte[(int)in.length()];
	InputStream is = new FileInputStream(in);
	is.read(bytes);
	is.close();
	
	// check format
	if (!(new String(bytes, 0, 6)).equals("GIF89a")) {
		throw new UnableToEncodeException("Input file has wrong GIF format");
	}
	
	// read palette size property from first three bits in the 10-th byte from the file
	byte[] b10 = Binary.toBitArray(bytes[10]);
	byte bsize = Binary.toByte(new byte[] {b10[0], b10[1], b10[2]});
	
	// calculate color count and possible message length
	int bOrigColorCount = (int)Math.pow(2, bsize+1);
	int possibleMessageLength = bOrigColorCount*3/4;
	int possibleTextLength = possibleMessageLength-2;// one byte for check and one byte for message length
	
	if (possibleTextLength < text.length()) {
		throw new UnableToEncodeException("Text is too big");
	}
	
	int n = 13;
	
	// write check sequence
	for (int i = 0; i < checkSequence.length/2; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		ba[firstLSBit] = checkSequence[2*i];
		ba[secondLSBit] = checkSequence[2*i+1];
		bytes[n] = Binary.toByte(ba);
		n++;
	}
	
	// write text length
	byte[] cl = Binary.toBitArray((byte)text.length());
	for (int i = 0; i < cl.length/2; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		ba[firstLSBit] = cl[2*i];
		ba[secondLSBit] = cl[2*i+1];
		bytes[n] = Binary.toByte(ba);
		n++;
	}
	
	// write message
	byte[] textBytes = text.getBytes();
	for (int i = 0; i < textBytes.length; i++) {
		byte[] c = Binary.toBitArray(textBytes[i]);
		for (int ci = 0; ci < c.length/2; ci++) {
			byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
			ba[firstLSBit] = c[2*ci];
			ba[secondLSBit] = c[2*ci+1];
			bytes[n] = Binary.toByte(ba);
			n++;
		}
	}
	
	// write output file
	OutputStream os = new FileOutputStream(out);
	os.write(bytes);
	os.close();
}

विधि का एल्गोरिदम और स्रोत कोड decrypt वर्ग GIFEncryptorByLSBMethod:

@Override
public String decrypt(File in) throws UnableToDecodeException, NullPointerException, IOException {
	if (in == null) {
		throw new NullPointerException("Input file is null");
	}
	
	// read bytes from input file
	byte[] bytes = new byte[(int)in.length()];
	InputStream is = new FileInputStream(in);
	is.read(bytes);
	is.close();
	
	// check format
	if (!(new String(bytes, 0, 6)).equals("GIF89a")) {
		throw new UnableToDecodeException("Input file has wrong GIF format");
	}
	
	// read palette size property from first three bits in the 10-th byte from the file
	byte[] b10 = Binary.toBitArray(bytes[10]);
	byte bsize = Binary.toByte(new byte[] {b10[0], b10[1], b10[2]});
	
	// calculate color count and possible message length
	int bOrigColorCount = (int)Math.pow(2, bsize+1);
	int possibleMessageLength = bOrigColorCount*3/4;
	int possibleTextLength = possibleMessageLength-2;	// one byte for check and one byte for message length
	
	int n = 13;
	
	// read check sequence
	byte[] csBits = new byte[checkSequence.length];
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		csBits[2*i] = ba[firstLSBit];
		csBits[2*i+1] = ba[secondLSBit];
		n++;
	}
	byte cs = Binary.toByte(csBits);
	
	if (cs != Binary.toByte(checkSequence)) {
		throw new UnableToDecodeException("There is no encrypted message in the image (Check sequence is incorrect)");
	}
	
	// read text length
	byte[] cl = new byte[8];
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		cl[2*i] = ba[firstLSBit];
		cl[2*i+1] = ba[secondLSBit];
		n++;
	}
	byte textLength = Binary.toByte(cl);
	
	if (textLength < 0) {
		throw new UnableToDecodeException("Decoded text length is less than 0");
	}
	if (possibleTextLength < textLength) {
		throw new UnableToDecodeException("There is no messages (Decoded message length (" + textLength + ") is less than Possible message length (" + possibleTextLength + "))");
	}
	
	// read text bits and make text bytes
	byte[] bt = new byte[textLength];
	for (int i = 0; i < bt.length; i++) {
		byte[] bc = new byte[8];
		for (int bci = 0; bci < bc.length/2; bci++) {
			byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
			bc[2*bci] = ba[firstLSBit];
			bc[2*bci+1] = ba[secondLSBit];
			n++;
		}
		bt[i] = Binary.toByte(bc);
	}
	
	return new String(bt);
}

वर्ग का कार्यान्वयन GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod समान होगा, केवल जानकारी सहेजने/पढ़ने का तरीका अलग है।

कक्षा में MainFrame आवरण विधियों का वर्णन किया गया है: encryptImage(Encryptor encryptor) и decryptImage(Encryptor encryptor), इंटरफ़ेस विधियों के परिणामों को संसाधित करना Encryptor और उपयोगकर्ता के साथ बातचीत करना, यानी फ़ाइल चयन संवाद खोलना, त्रुटि संदेश दिखाना, आदि; साथ ही अन्य विधियाँ: openImage(), उपयोगकर्ता को एक छवि चुनने की अनुमति देता है, exit(), जो एप्लिकेशन से बाहर निकल जाता है। इन विधियों को कहा जाता है Actionके संगत मेनू आइटम। यह वर्ग अतिरिक्त रूप से सहायक विधियों को कार्यान्वित करता है: createComponents() - प्रपत्र घटकों का निर्माण, loadImageFile(File f) — किसी फ़ाइल से एक छवि को एक विशेष घटक में लोड करना। वर्ग का कार्यान्वयन GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod वर्ग कार्यान्वयन के समान GIFEncryptorByLSBMethod, मुख्य अंतर संदेश बाइट्स को पैलेट से लिखने और पढ़ने के तरीके में है।

कार्यक्रम संचालन

एलबीएस विधि

मान लीजिए कि इस तरह की एक छवि है:

इस छवि में, पैलेट में 256 रंग हैं (जैसा कि पेंट बचाता है)। पहले चार रंग हैं: सफेद, काला, लाल, हरा। अन्य रंग काले हैं. वैश्विक पैलेट बिट अनुक्रम इस प्रकार होगा:

11111111 11111111 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000000...

एक बार संदेश एम्बेड हो जाने पर, रेखांकित बिट्स को संदेश के बिट्स से बदल दिया जाएगा। परिणामी छवि मूल से लगभग अलग नहीं है।

मूल
एम्बेडेड संदेश के साथ छवि

पैलेट विस्तार विधि

जब आप इस विधि का उपयोग करके किसी संदेश वाली छवि को खोलेंगे, तो आपको निम्न चित्र दिखाई देगा:

यह स्पष्ट है कि यह विधि पूर्ण जासूसी गतिविधियों के लिए काम नहीं करेगी, और संदेश के अतिरिक्त एन्क्रिप्शन की आवश्यकता हो सकती है।

एनिमेटेड छवियों में एन्क्रिप्शन/डिक्रिप्शन नियमित स्थिर छवियों की तरह ही काम करता है, लेकिन एनीमेशन टूटा नहीं है।

इस्तेमाल किए गए स्रोत:

डाउनलोड:

स्रोत: www.habr.com

जीआईएफ में स्टेग्नोग्राफ़ी